深海捕浪20載打造“藍色糧倉”

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近日，在廣東省珠海市萬山海域，凌晨可見一艘造型獨特的大船緩緩從海面上升約10余米的高度后，一個巨大的網箱隨之露出海面。

“收魚了！收魚了”伴隨著此起披伏的吆喝聲，映入眼簾的是一尾尾肥壯的石斑魚、金鯧魚在網箱里跳躍，漁民們一網接一網地將魚稱重裝船后，就等著賣個好價錢。

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漁民滿載而歸。 廣州能源所供圖

屹立在海面上的大船宛如一座“海上堡壘”，它的名字叫“澎湖號”，由中國科學院廣州能源研究所（以下簡稱廣州能源所）主持研發。

“‘澎湖號’是我國首臺半潛式波浪能養殖旅游平臺。”廣州能源所海洋能研究室研究員盛松偉在接受《中國科學報》采訪時介紹，“未來，我們還將依托具有自主知識產權的鷹式波浪能發電技術，努力突破海上可移動多能互補平臺大型化、規模化應用系列難題，服務遠海島礁和海上開發活動綠色可持續發展。”

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“澎湖號”照片 廣州能源所供圖

波浪能發電

“發電了！發電了！”2012年12月28日11時，當“鷹式一號”波浪能發電裝置的發電指示燈再次亮起的那一刻，所有在風浪中奮戰的廣州能源所科研人員抑制不住內心的激動，興奮地高呼。

然而就在不久前，他們剛經歷了驚魂一刻。

當天早晨6時，廣州能源所科研人員匆匆吃完早飯就投入到緊張的準備工作中，當他們將“鷹式一號”從調試地點拖往投放點的過程中，拖拽裝置的纜繩在波浪的劇烈作用下突然斷裂，裝置瞬間失去了牽引，在海面上肆意漂流。

“當時，海上風力達7級，幸虧我們的人反應及時，將預先掛好的備用系泊錨鏈收緊，才保證了‘鷹式一號’沒有被大海卷走。”盛松偉回憶道，“鷹式一號”到達投放點后，按設定程序拋錨，下潛、調浮態、調負載，最終在波浪的推動下成功發電。

廣州能源所研制的“鷹式一號”是一種新型海洋波浪能發電裝置，可將波浪能轉換為電能。談及為什么叫“鷹式”，盛松偉解釋道：“波浪能吸波浮體的弧度，看起來特別像鷹嘴，所以就被稱為鷹式裝置。”

2002年，盛松偉來到廣州能源所工作，正式開啟了他的“波浪能”研究。“波浪能是一種不穩定的能源，其轉化為電能非常困難。”盛松偉說。

早在1979年，廣州能源所就開始進行波浪能轉換研究，40多年來傾注了5代科研人員的心血和汗水，其間波浪能轉換研究經歷了從近岸到近海，再到遠海的過程，波浪能發電裝置也完成了從岸式到漂浮式，再到為偏遠海島并網供電的升級。

盛松偉告訴《中國科學報》：“當年剛好趕上從岸式波浪能發電裝置到漂浮式波浪能發電裝置迭代的時期，我們希望從國外引進一臺波浪能發電裝置，卻遭遇技術封鎖。最困難的是2006年，團隊只剩3個人。”

盡管如此，海洋能團隊還是堅持下來，迎來了從波谷到波峰，成功研制出“鷹式”波浪能發電平臺，突破了波浪能裝置無法穩定發電的瓶頸。2020年6月，我國首臺500KW鷹式波浪能發電裝置“舟山號”正式交付。目前，全球單臺裝機功率最大的1MW波浪能發電裝置也即將建成。

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海洋能團隊 廣州能源所供圖

打造“藍色糧倉”

2016年，一家漁業企業準備在珠海某荒島建漁業基地，因島上缺水缺電，該企業找到盛松偉團隊，希望他們把波浪能發電裝置拉到基地，保障供水供電。

盛松偉也從中發現，海上養殖要從近海走向遠海，裝備必須解決以下三個關鍵問題：一是在風浪大的外海海域，抗風浪能力差；二是能源供給匱乏，無法為漁業機械化設施提供電力；三是缺乏搭載人員、設施和物資的穩定平臺。

2019年7月，盛松偉團隊將歷時3年成功研發的“半潛式波浪能發電系統”安裝在“澎湖號”上，正式下海投入養殖。

“澎湖號”長66米，寬28米，高16米，工作吃水12米，采用鋼結構加軟體網結合形成養殖水體，可提供1.5萬立方米養殖水體，搭載可再生能源裝機120kW，其中波浪能裝機60kW，太陽能裝機60kW，能源自給自足，全部來源于海上可再生能源。

盛松偉告訴《中國科學報》:“我們利用剛性主體框架與模塊化柔性網衣安全連接技術，解決了傳統海水養殖網衣難定型、易磨損的難題，有效提升了海水養殖的水體利用效率，減少因網衣摩擦對養殖魚類造成的損失。

“在清潔開闊的海洋環境中養出的魚口感好，品質接近野生，在市場上也能賣個好價錢。”日前，在“澎湖號”收魚的漁民說，去年收購過一次“澎湖號”養殖的金虎斑，全部售往香港并得到客戶認可，今年收成可期。

聯合國糧食及農業組織曾指出，就全球角度而言，魚類能提供人類約16%的動物蛋白質來源，3.6億平方公里的浩瀚海洋是人類食物的重要來源和獲取高端食品及優質蛋白的“藍色糧倉”。

“‘澎湖號’不僅包含各種現代化設備，還擁有生活空間和倉儲空間，實現了人們在海上體驗垂釣的愿望，促進了休閑漁業的發展。”盛松偉希望通過團隊的努力，開發新型波浪能與海洋漁業結合的養殖技術與裝備，使海水養殖由港灣和近海走向開闊海域，打造“藍色糧倉”。

與風浪正面“較量”

“我們每年有一半時間在出差，不是在海上，就是在去海上的途中。”盛松偉笑著告訴《中國科學報》，“遠海的島礁波浪能豐富，但也可能給科研人員的工作帶來危險。”

2020年有一次遠海試驗，盛松偉一行4人剛把裝置投放到海上，緊接著就來了臺風，把裝置調整完后已經是凌晨兩點，此時海上的風浪已經很大，4個人直接被困在裝置上了。“考慮到如果等到第二天早上風浪可能會更大，我們找來一艘漁船，每人身穿兩件救生衣，從實驗裝置的側面跳上漁船，才得以從裝置上安全回來。”

這樣與風浪正面“較量”，盛松偉在過去20年里遇到過五六次。“我們的工作就是跟風浪打交道，風浪越大的地方波浪能也越豐富。”盛松偉笑著說。

海上氣候變幻莫測，如何在惡劣環境中保障發電平臺的安全呢？為此，盛松偉團隊發明了“恒張力錨泊系統”，先后獲得中國、美國、日本發明ZL授權，該技術大幅提高了發電平臺的抗擊臺風能力，可實現平臺長期駐海運行。

據悉，“澎湖號”已經完成近4年無故障連續運行，經歷多個風暴及一次14級臺風正面襲擊，裝置在風暴中錨泊牢固、姿態平穩、監控正常，無網箱內魚群死亡現象發生。

這一切的背后離不開科研人員的實踐摸索。“科學家思維與工程師思維不同，需要兩方面同時兼顧，兩者的有效結合才能實現由方法到產品的轉型。”盛松偉感嘆道，“研究院所初步實現了從0-1的過程，但如何實現從1-10000，讓技術真正服務經濟發展，還需要很多探索。